Java并发编程框架Executor总结

作者：廖祥俐

大多数并发应用程序都是围绕着“任务执行 ”进行构造的：任务通常是一些抽象的且离散的工作单元，通过把应用程序的工作分解到多个任务中。在理想状态下，各个任务之间是相互独立的：任务并不依赖于其他任务的状态，结果或边界效应，独立性有助于实现并发。

采用多线程往往基于以下几个情境：

• 让任务处理过程从主线程中分离出来
• 任务可以并行处理，提高处理速度
• 任务代码可以保证是线程安全的

然而，在使用多线程的时候，显示的为每一个任务分配一个线程有一定的缺陷，尤其当需要创建大量线程的时候，主要有以下几方面：

1. 线程生命周期的开销非常高；
2. 资源消耗，如果可运行的线程数量远远多于可用处理器数量，则有些线程被闲置，会占用大量资源；
3. 影响系统稳定性，可创建线程的数量上均存在一定的限制，这个限制受多种因素影响，如JVM启动参数，Thread构造函数请求栈大小等，如果超出限制很可能出现OOM异常。

针对此，java.util.concurrent包提供了一种灵活线程管理框架：Executor框架，任务执行的主要抽象不是Thread，而是Executor。

public interface Executor{
    void execute(Runnable command);
}

1, Executor简介

Java从1.5版本开始，为简化多线程并发编程，引入全新的并发编程包:java.util.concurrent及其并发编程框架（Executor框架）。 Executor框架是指java 5中引入的一系列并发库中与executor相关的一些功能类，其中包括线程池，Executor，Executors，ExecutorService，CompletionService，Future，Callable等。

2, 子类

ExecutorService：在ScheduledExecutorService基础上，添加了一些用于管理生命周期的方法接口，同时还有一些用于任务提交的方法接口

AbstractExecutorService：提供 ExecutorService 执行方法的默认实现，此类使用包中提供的默认 FutureTask 类实现了 submit、invokeAny 和 invokeAll 方法

ScheduledExecutorService：在ExecutorService的基础上，ScheduledExecutorService提供了按时间安排执行任务的功能，它提供的方法主要有：

public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService {
    public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit);
    public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,  long delay, TimeUnit unit);
    public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay,long period,TimeUnit unit);
    public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay,TimeUnit unit);
}

ThreadPoolExecutor（继承AbstractExecutorService）：ThreadPoolExcutor为一些Executor提供了基本的实现，这些Executor是由Executors中的工厂 newCahceThreadPool、newFixedThreadPool和newScheduledThreadExecutor返回的

ScheduledThreadPoolExecutor：ScheduledThreadPoolExecutor类实现了ScheduledExecutorService接口中定义的以不同方法执行任务的方法

3, 生命周期

JVM只有在所有（非守护）线程全部终止后才会退出，在使用Executor的时候，需要考虑如何正确关闭Executor，不然会导致JVM无法结束。

由于Executor是异步地执行任务，因此在任何时间，之前提交的任务状态都不是立即可见的，有些任务已经完成，有些正在运行，而还有些在等待队列中等待执行。

在关闭应用时，可能采取最平缓的关闭方式（完成所有已经启动的任务，并且不再接受新的任务），也有可能是其它方式，在关闭的时候，希望Executor能够记录受到影响的任务，并可以返回相应的状态。

为了解决执行服务的生命周期问题，Executor扩展了ExecutorService接口，添加了一些用于管理生命周期的方法（同时还有一些用于任务提交的方法）

public interface ExecutorService extends Executor {  
    void shutdown();  
    List<Runnable> shutdownNow();  
    boolean isShutdown();  
    boolean isTerminated();  
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)  
    ……
}

一个Executor的生命周期有三种状态运行、关闭和终止。

Executor创建时处于运行状态。当调用ExecutorService.shutdown()后，处于关闭状态，isShutdown()方法返回true。这时，不应该再向Executor中添加任务，所有已添加的任务执行完毕后，Executor处于终止状态，isTerminated()返回true。

如果Executor处于关闭状态，往Executor提交任务会抛出unchecked exception RejectedExecutionException, 这里主要是当Executor处于关闭状态时，任务会被转交到RejectedExecutionHandler去执行，RejectedExecutionHandler使得execute方法抛出RejectedExecutionException异常